一種評價連續纖維增強復合材料樹脂均勻性的方法技術

一種評價連續纖維增強復合材料樹脂均勻性的方法，其技術要點是：第一步為取連續纖維增強復合材料，在所需測試的位置截取試樣，截取試樣時選擇截取面的要求為該截面上多數纖維的軸向方向垂直于截面分布，第二步為任取一塊試樣，在拋光的截面上選取測試區域，第三步為選取好測試區域后，依次測試各個區域的納米力學硬度，測試一個測試區域時，先用納米壓痕探針掃描該測試區域的三維形貌，在該測試區域上選取測試點，依次測試各測試點的納米硬度；采用該技術方案可從納米級的微觀尺度測試復合材料的樹脂性能，從而評價其微觀均勻性，適用面廣，且適用于不同區域和位置的樣品的微觀力學數據，得到復合材料樣品整體、局部、微觀均勻性的多重信息。

A method for evaluating the uniformity of resin in continuous fiber reinforced composites

Method of composite resin uniformity evaluation of a continuous fiber reinforced, which is characterized in that the first step for continuous fiber reinforced composite material, in position to intercept the sample of the required test, sample selection of the interception interception required for most of the cross section of the fiber axial direction distribution perpendicular to the cross section, the second step for any take a sample, select the test area in the polishing section, the third step is to select a good test area, in order to test all areas of nanomechanical test a hardness testing area, first with 3D nano indentation probe scanning the test area, the selection of test points in the test area, in order to test the the test point of the nano hardness; by adopting the technical scheme from resin micro scale properties of nanoscale composite materials, in order to evaluate the microstructure uniformity, applicability Based on the microscopic data of the samples in different regions and locations, the information of the whole, local and microscopic homogeneity of the composite samples is obtained.

【技術實現步驟摘要】
一種評價連續纖維增強復合材料樹脂均勻性的方法
本專利技術涉及復合材料性能測試
，具體的說是一種評價連續纖維增強復合材料樹脂均勻性的方法。
技術介紹
連續纖維增強復合材料具有優異的比強度和比剛度，因此作為結構材料在飛機、船舶、汽車等領域中的應用越來越廣泛，以環氧樹脂為代表的熱固性樹脂在纖維增強復合材料中大量使用，其強度、韌性、缺陷特征、界面等因素決定著復合材料整體的性能。復合材料樹脂的均勻性影響復合材料的性能，這種均勻性包括整體、局部甚至微觀的不同尺度的均勻性，如“離位”增韌技術用于樹脂傳遞模塑成型工藝中，可能會帶來增韌劑的溶解并隨樹脂流動，從而帶來復合材料中各個區域樹脂分布的不均。如使用以雙氰胺為代表的潛伏型固化劑的環氧樹脂是將常溫時具有不溶性的固化劑顆粒加入并分散到樹脂中，盡管儲存期很長，但連續纖維增強復合材料具有很高的纖維體積分數，不可避免會影響固化劑的分配和固化過程中固化劑的擴散，造成復合材料局部樹脂固化均勻性的差異。如應用增韌劑或熱塑性增韌顆粒的樹脂體系，由于存在微觀分相和顆粒分配，必然會存在的微觀尺度上的不均性。現有技術中，研究復合材料樹脂均勻性的方法非常少，現有技術中應用宏觀力學的方法需要大塊的試樣，僅能夠研究復合材料在不同宏觀區域的樹脂均勻性。現有技術中應用紅外光譜等方法無法得到樹脂直接力學信息，當樹脂固化度較高時實際上難以鑒別紅外光譜的差別；現有技術中其它的材料分析手段，如TEM、SEM、能譜、光譜等分析方法都有相應的局限性，SEM在分析存在微觀多相結構上的不均性有優勢，但不能分析因為固化程度不同造成的微觀力學不均。復合材料中樹脂的不均勻性主要體現在：宏觀不均性，表現為樹脂流動和溶解不均、溫度場不均、壓力場不均等工藝問題帶來的不均性；局部不均性，表現為局部溫度場和壓力不均、局部沉降和不均體系的滲透、擴散、沉降帶來的不均；微觀不均性，主要體現在不溶性顆粒、分相等帶來的擴散不均。
技術實現思路
本專利技術的目的，就是解決以上技術中存在的問題，并為此提供一種評價連續纖維增強復合材料樹脂均勻性的方法。一種評價連續纖維增強復合材料樹脂均勻性的方法，包括如下步驟，第一步為取連續纖維增強復合材料，在所需測試的位置截取試樣，截取試樣時選擇截取面的要求為該截面上多數纖維的軸向方向垂直于截面分布，使樣品的上截面和下截面相互平行，將其中的一面拋光，作為測試面；第二步為任取一塊試樣，在拋光的截面上選取測試區域，選取的測試區域的邊長為30~80μm，單個試樣上測試區域的個數不低于8個，各測試區域在拋光的截面上均勻選取；第三步為選取好測試區域后，依次測試各個區域的納米力學硬度，測試一個測試區域時，先用納米壓痕探針掃描該測試區域的三維形貌，在該測試區域上選取測試點，選取測試點時，測試點選擇在樹脂上，依次測試各測試點的納米硬度，該測試區域測試完后重新掃描三維形貌圖檢查測試點位置變動，檢查每個測試點的載荷-壓深曲線，去除曲線斜率發生突變的測試點，得到每個測試點的納米硬度，再按照該方法測試試樣上的全部測試區域。優選地，所述每塊試樣高度不超過10mm，長寬不超過50mm。優選地所述在拋光的截面上選取測試區域的數量為根據實際測試的要求任意選擇。優選地所述測試區域的選取位置在復合材料鋪層內中心的位置和位于兩個鋪層層間的位置，該兩種位置上的測試區域的數量相同。優選地，所述測試點的選取位置在纖維方向與拋光的截面垂直的范圍內，每個測試區域選取的測試點數不少于6個，測試點與纖維邊緣的最小距離不低于2μm，不同測試點與纖維邊緣的最小距離差異不超過5μm。優選地，所述測試該測試區域上各測試點的納米硬度時，壓入深度為100~500nm，測試壓力不超過500μN。優選地，所述在所需測試的位置截取試樣的數量為1-3塊。本專利技術的優點：1，可從納米級的微觀尺度測試復合材料的樹脂性能，從而評價其微觀均勻性；2，適用面廣，且適用于不同區域和位置的樣品的微觀力學數據，因此還可以進行樣品局部和整體的不同部位的比較，得到復合材料樣品整體、局部、微觀均勻性的多重信息。具體實施例為了使本專利技術更容易被清楚理解，以下結合實施例對本專利技術的技術方案作以詳細說明。實施例1一種評價連續纖維增強復合材料樹脂均勻性的方法，包括如下步驟，第一步為取連續纖維增強復合材料，在所需測試的位置截取試樣，截取試樣時選擇截取面的要求為該截面上多數纖維的軸向方向垂直于截面分布，使樣品的上截面和下截面相互平行，將其中的一面拋光，作為測試面；第二步為任取一塊試樣，在拋光的截面上選取測試區域，選取的測試區域的邊長為30~80μm，單個試樣上測試區域的個數不低于8個，各測試區域在拋光的截面上均勻選取；第三步為選取好測試區域后，依次測試各個區域的納米力學硬度，測試一個測試區域時，先用納米壓痕探針掃描該測試區域的三維形貌，在該測試區域上選取測試點，選取測試點時，測試點選擇在樹脂上，依次測試各測試點的納米硬度，該測試區域測試完后重新掃描三維形貌圖檢查測試點位置變動，檢查每個測試點的載荷-壓深曲線，去除曲線斜率發生突變的測試點，得到每個測試點的納米硬度，再按照該方法測試試樣上的全部測試區域。實施例2一種評價連續纖維增強復合材料樹脂均勻性的方法，包括如下步驟，第一步為取連續纖維增強復合材料，在所需測試的位置截取1-3塊試樣，每塊試樣高度不超過10mm，長寬不超過50mm，截取試樣時選擇截取面的要求為該截面上多數纖維的軸向方向垂直于截面分布，減少纖維-樹脂界面造成的不可控影響，使樣品的上截面和下截面相互平行，將其中的一面拋光，作為測試面；第二步為任取一塊試樣，在拋光的截面上選取測試區域，選取測試區域的數量為根據實際測試的要求任意選擇，因此兼顧了復合材料樹脂的整體和局部及微觀的均勻性測試，且可以靈活更改，選取位置在復合材料鋪層內中心的位置和位于兩個鋪層層間的位置，該兩種位置上的測試區域的數量相同，選取的測試區域的邊長為30~80μm，單個試樣上測試區域的個數不低于8個，各測試區域在拋光的截面上均勻選取；第三步為選取好測試區域后，依次測試各個區域的納米力學硬度，測試一個測試區域時，先用納米壓痕探針掃描該測試區域的三維形貌，在該測試區域上選取測試點，選取測試點時，測試點選擇在樹脂上，測試點的選取位置在纖維方向與拋光的截面垂直的范圍內，每個測試區域選取的測試點數不少于6個，測試點與纖維邊緣的最小距離不低于2μm，各測試點與纖維的距離大小盡量保持一致，不同測試點與纖維邊緣的最小距離差異不超過5μm，依次測試各測試點的納米硬度，測試該測試區域上各測試點的納米硬度時，壓入深度為100~500nm，測試壓力不超過500μN，該測試區域測試完后重新掃描三維形貌圖檢查測試點位置變動，檢查每個測試點的載荷-壓深曲線，去除曲線斜率發生突變的測試點，得到每個測試點的納米硬度，納米壓痕探針掃描該測試區域的三維形貌過程中還可根據磨損和樹脂性能的關系對納米硬度的比對結果進行驗證，即輔助評價樹脂的均勻性，再按照該方法測試試樣上的全部測試區域。本專利技術所述的連續纖維增強復合材料通常具有層疊結構，即連續單向的纖維織物或多向編制的纖維織物一層一層疊起來，并且被樹脂基體包裹成一個整體結構；所述的鋪層層間指的是兩層纖維織物之間的區域。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種評價連續纖維增強復合材料樹脂均勻性的方法，其特征在于：包括如下步驟，第一步為取連續纖維增強復合材料，在所需測試的位置截取試樣，截取試樣時選擇截取面的要求為該截面上多數纖維的軸向方向垂直于截面分布，使樣品的上截面和下截面相互平行，將其中的一面拋光，作為測試面；第二步為任取一塊試樣，在拋光的截面上選取測試區域，選取的測試區域的邊長為30~80μm，單個試樣上測試區域的個數不低于8個，各測試區域在拋光的截面上均勻選取；第三步為選取好測試區域后，依次測試各個區域的納米力學硬度，測試一個測試區域時，先用納米壓痕探針掃描該測試區域的三維形貌，在該測試區域上選取測試點，選取測試點時，測試點選擇在樹脂上，依次測試各測試點的納米硬度，該測試區域測試完后重新掃描三維形貌圖檢查測試點位置變動，檢查每個測試點的載荷?壓深曲線，去除曲線斜率發生突變的測試點，得到每個測試點的納米硬度，再按照該方法測試試樣上的全部測試區域。

【技術特征摘要】
1.一種評價連續纖維增強復合材料樹脂均勻性的方法，其特征在于：包括如下步驟，第一步為取連續纖維增強復合材料，在所需測試的位置截取試樣，截取試樣時選擇截取面的要求為該截面上多數纖維的軸向方向垂直于截面分布，使樣品的上截面和下截面相互平行，將其中的一面拋光，作為測試面；第二步為任取一塊試樣，在拋光的截面上選取測試區域，選取的測試區域的邊長為30~80μm，單個試樣上測試區域的個數不低于8個，各測試區域在拋光的截面上均勻選取；第三步為選取好測試區域后，依次測試各個區域的納米力學硬度，測試一個測試區域時，先用納米壓痕探針掃描該測試區域的三維形貌，在該測試區域上選取測試點，選取測試點時，測試點選擇在樹脂上，依次測試各測試點的納米硬度，該測試區域測試完后重新掃描三維形貌圖檢查測試點位置變動，檢查每個測試點的載荷-壓深曲線，去除曲線斜率發生突變的測試點，得到每個測試點的納米硬度，再按照該方法測試試樣上的全部測試區域。2.根據權利要求1所述的一種評價連續纖維增強復合材料樹脂均勻性的方法，其特征在于：所述每塊試樣高度不超過10mm，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭妙才，洪旭輝，李亞鋒，
申請(專利權)人：中航復合材料有限責任公司，
類型：發明
國別省市：北京,11